(57)【要約】【課題】ワークにオリフラやノッチが設けられていても、加工時の圧力分布が均一となり、ワークの略全面において研磨レートを均一とできるワーク保持ヘッド及び該ワーク保持ヘッドを有する研磨装置を提供する。【解決手段】ワーク保持ヘッド１４は、保護シート５２とリング状部材２８とキャリア２４を備える。保護シート５２は、弾性材料からなり、ワークＷを研磨パッド２０に押し付ける。リング状部材２８は、保護シート５２の周囲を保持するとともに研磨パッド２０に当接される。キャリア２４は、ワークＷの領域に該当する部分の保護シート５２をワークに向けて押し付ける。保護シート５２の上面及び／又は下面のワーク外周の領域に該当する部分に、円環状の補強部材８０を設け、この部分の保護シート５２の剛性を上げる。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを研磨パッドに押し付ける弾性材料からなる保護シートと、
該保護シートの周囲を保持するとともに前記研磨パッドに当接されるリング状部材と、
ワークの領域に該当する部分の保護シートをワークに向けて押し付けるキャリアと、を備えるワーク保持ヘッドにおいて、
前記保護シートの上面及び／又は下面のワーク外周の領域に該当する部分には、円環状の補強部材が設けられていることを特徴とするワーク保持ヘッド。
【請求項２】
前記キャリアと前記保護シートとの間に加圧された気体が供給されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のワーク保持ヘッド。
【請求項３】
ワークを研磨パッドに押し付ける弾性材料からなる保護シートと、
該保護シートの周囲を保持するとともに前記研磨パッドに当接されるリング状部材と、
ワークの領域に該当する部分の保護シートをワークに向けて押し付けるキャリアと、を備えるワーク保持ヘッドにおいて、
前記キャリアと前記保護シートとの間に加圧された気体が供給されるようになっており、前記キャリア下面の外縁と前記保護シートとの間、又は、前記キャリアの外側面と前記リング状部材の内側面との間にはオリフィスが形成されていることを特徴とするワーク保持ヘッド。
【請求項４】
前記保護シートのワーク外周の領域に該当する部分には、円周方向に沿って複数の貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項３に記載のワーク保持ヘッド。
【請求項５】
ワークを研磨パッドに押し付ける弾性材料からなる保護シートと、
該保護シートの周囲を保持するとともに前記研磨パッドに当接されるリング状部材と、
ワークの領域に該当する部分の保護シートをワークに向けて押し付けるキャリアと、を備えるワーク保持ヘッドにおいて、
前記キャリアに設けられた複数の貫通孔より、前記キャリアと前記保護シートとの間に加圧された気体が供給されるようになっており、
前記保護シートのワークの領域に該当する部分には、複数の貫通孔が設けられているとともに、ワーク外周の領域に該当する部分に円周方向に沿って設けられている複数の貫通孔の位置と前記キャリアに設けられた複数の貫通孔の位置とが略一致していることを特徴とするワーク保持ヘッド。
【請求項６】
前記請求項１〜５のいずれか１項に記載のワーク保持ヘッドを有することを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はワーク保持ヘッド及び該ワーク保持ヘッドを有する研磨装置に係り、特に、化学的機械研磨法（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing ）によってウェーハ等を研磨するのに好適なワーク保持ヘッド及び該ワーク保持ヘッドを有する研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＰによるウェーハの研磨は、回転する研磨パッドにウェーハを回転させながら所定の圧力で押し付け、その研磨パッドとウェーハとの間に研磨剤スラリーを供給することにより行われる。この際、ウェーハは、その周囲をリテーナーリングに包囲されるとともに、その裏面側をキャリアに保持されて研磨パッドに押圧される。
【０００３】
このようなＣＭＰによるウェーハの研磨において、研磨の均一性が強く求められており、これに対処すべく、各種の工夫をこらした基板研磨装置の提案がなされている（たとえば、特許文献１〜３参照。）。
【０００４】
このうち、特許文献１は、リテーナーリングの押付け圧を独立して制御できる調整機構を備え、これにより研磨状態を均一化するものである。特許文献２は、ガイドリングの押付け圧を、基板の押付け圧よりも小さくするように制御し、研磨レートを均一化するものである。特許文献３は、加圧流体による押圧で研磨状態を均一化し、周辺ダレ等のないウェーハを得ようとするものである。
【特許文献１】特開平８−２２９８０８号公報
【特許文献２】特開平９−２２５８１８号公報
【特許文献３】特開平７−１２４８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような基板研磨装置で加工されるウェーハには、オリフラやノッチが設けられているのが一般的である。このオリフラとは、オリエンテーションフラットとも称され、結晶方位や伝導型の判別及び位置合わせを容易にするため、インゴット及びウェーハの外周に設けられたフラットな面を指す。ノッチとは、結晶方向の判別及び整列を容易にするため、インゴット及びウェーハの外周に設けられた切り欠きを指す。
【０００６】
しかしながら、上記従来の基板研磨装置により加工した場合でも、ウェーハのオリフラやノッチの部分での研磨状態がウェーハの他の部分と同様の状態とならないという問題点がある。
【０００７】
図９及び図１０は、従来の基板研磨装置の例を示す概念図である。図９において、保護シート１が、キャリア２の周囲に配置されたリテーナーリングホルダ３に周縁部を接着して取り付けられ、リテーナーリング４は、その保護シート１の下部に接着によって取り付けられている。保護シート１とキャリア２との間には圧縮エアが供給され、保護シート１がエアバッグとなってウェーハＷを押圧し、ウェーハＷを研磨パッド２０に押し付け、研磨がなされる。図１０は、保護シート１が設けられない構成の基板研磨装置であり、キャリア２が直接ウェーハＷを押圧し、ウェーハＷを研磨パッド２０に押し付け、研磨がなされる。
【０００８】
図９の基板研磨装置の場合、同図の円内の拡大図に示されるように、ウェーハＷのエッジ部において保護シート１が撓み、この部分の圧力分布がウェーハＷの他の部分と異なることとなる。その際、オリフラやノッチが設けられている部分においては、研磨レートが局所的に異なってしまう。すなわち、図１１に示されるように、オリフラの両側部Ｏ２、Ｏ２においては研磨レートが高くなり、オリフラの中央部Ｏ１においては研磨レートが低くなり、研磨状態不良となる。
【０００９】
一方、図１０の基板研磨装置の場合、キャリア２の変形はないものの、類似の現象を生じる。すなわち、図１２に示されるように、オリフラの中央部Ｏ１においては研磨レートが低くなり、研磨状態不良となる。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ワーク（ウェーハ等）にオリフラやノッチが設けられていても、加工時の圧力分布が均一となり、ワークの略全面において研磨レートを均一とできるワーク保持ヘッド及び該ワーク保持ヘッドを有する研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る本発明は、前記目的を達成するために、ワークを研磨パッドに押し付ける弾性材料からなる保護シートと、該保護シートの周囲を保持するとともに前記研磨パッドに当接されるリング状部材と、ワークの領域に該当する部分の保護シートをワークに向けて押し付けるキャリアと、を備えるワーク保持ヘッドにおいて、前記保護シートの上面及び／又は下面のワーク外周の領域に該当する部分には、円環状の補強部材が設けられていることを特徴とするワーク保持ヘッドを提供する。
【００１２】
本発明によれば、保護シートの上面及び／又は下面のワーク外周の領域に該当する部分には、円環状の補強部材が設けられているので、この部分の保護シートの剛性が増し、オリフラ部分やノッチ部分（以下、「オリフラ部分等」と略記する）での保護シートの撓みが抑制される。その結果、オリフラ部分等での研磨状態がワークの他の部分と略同様の状態となり、オリフラ部分等における研磨状態を均一とすることができる。
【００１３】
本発明において、前記キャリアと前記保護シートとの間に加圧された気体が供給されるようになっていることが好ましい。キャリアと保護シートとが機械的に接触する構成であっても、本発明の効果は得られるが、キャリアと保護シートとの間に加圧された気体が供給されるようになっていれば、本発明の効果がより好適に得られる。
【００１４】
請求項３に係る本発明は、ワークを研磨パッドに押し付ける弾性材料からなる保護シートと、該保護シートの周囲を保持するとともに前記研磨パッドに当接されるリング状部材と、ワークの領域に該当する部分の保護シートをワークに向けて押し付けるキャリアと、を備えるワーク保持ヘッドにおいて、前記キャリアと前記保護シートとの間に加圧された気体が供給されるようになっており、前記キャリア下面の外縁と前記保護シートとの間、又は、前記キャリアの外側面と前記リング状部材の内側面との間にはオリフィスが形成されていることを特徴とするワーク保持ヘッドを提供する。
【００１５】
本発明によれば、キャリア下面の外縁と保護シートとの間、又は、キャリアの外側面とリング状部材の内側面との間にはオリフィスが形成されているので、このオリフィスの効果により、保護シートがオリフラ部分等のエッジより下方に大きく撓むことがなくなる。その結果、オリフラ部分等での研磨状態がワークの他の部分と略同様の状態となり、オリフラ部分等における研磨状態を均一とすることができる。
【００１６】
なお、「オリフィス」とは、面積を減少した通路が、断面寸法に比べて比較的短い場合の流体の絞りで、圧力降下は流体粘度によってあまり影響されないものを指す。
【００１７】
このようなオリフィスを形成する具体的な構成としては、保護シートの張力（たとえば、リング状部材で保護シートの周縁を支持する張力）を通常よりも強くし、キャリア下面の外縁と保護シートとの間にオリフィスを形成する構成、キャリアの外側面とリング状部材の内側面との間のクリアランスを所定値以下とする構成、等が考えられる。
【００１８】
本発明において、前記保護シートのワーク外周の領域に該当する部分には、円周方向に沿って複数の貫通孔が設けられていることが好ましい。このような複数の貫通孔が設けられていれば、キャリアと保護シートとの間に供給される加圧された気体が、この貫通孔よりリークする。この貫通孔がオリフラ部分等においてワークに塞がれていない状態であれば、加圧された気体はこの貫通孔よりリークし、これにより保護シートがオリフラ部分等のエッジより下方に大きく撓むことがなくなる。その結果、オリフラ部分等での研磨状態がワークの他の部分と略同様の状態となり、オリフラ部分等における研磨状態を均一とすることができる。
【００１９】
請求項５に係る本発明は、ワークを研磨パッドに押し付ける弾性材料からなる保護シートと、該保護シートの周囲を保持するとともに前記研磨パッドに当接されるリング状部材と、ワークの領域に該当する部分の保護シートをワークに向けて押し付けるキャリアと、を備えるワーク保持ヘッドにおいて、前記キャリアに設けられた複数の貫通孔より、前記キャリアと前記保護シートとの間に加圧された気体が供給されるようになっており、前記保護シートのワークの領域に該当する部分には、複数の貫通孔が設けられているとともに、ワーク外周の領域に該当する部分に円周方向に沿って設けられている複数の貫通孔の位置と前記キャリアに設けられた複数の貫通孔の位置とが略一致していることを特徴とするワーク保持ヘッドを提供する。
【００２０】
本発明によれば、キャリアに設けられた複数の貫通孔より、キャリアと保護シートとの間に加圧された気体が供給される。そして、保護シートのワークの領域に該当する部分には、複数の貫通孔が設けられており、更に、ワーク外周の領域に該当する部分に円周方向に沿って設けられている複数の貫通孔の位置とキャリアに設けられた複数の貫通孔の位置とが略一致している。したがって、キャリアと保護シートとの間に供給される加圧された気体が、この貫通孔よりリークして、保護シートとワークとの隙間を通ってワークの外周部より排出される。特に、ワーク外周の領域に該当する部分に円周方向に沿って設けられている貫通孔は、キャリアに設けられた貫通孔の位置と同一箇所にあるので、ここより排出される気体の流量は多く、この部分の保護シートがオリフラ部分等のエッジより下方に大きく撓むことがなくなる。その結果、オリフラ部分等での研磨状態がワークの他の部分と略同様の状態となり、オリフラ部分等における研磨状態を均一とすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、請求項１に係る本発明によれば、ワーク保持ヘッドにおいて、ワークを研磨パッドに押し付ける保護シートの上面及び／又は下面のワーク外周の領域に該当する部分には、円環状の補強部材が設けられている。これにより、この部分の保護シートの剛性が増し、オリフラ部分等での保護シートの撓みが抑制される。その結果、オリフラ部分等での研磨状態がワークの他の部分と略同様の状態となり、オリフラ部分等における研磨状態を均一とすることができる。
【００２２】
請求項３に係る本発明によれば、キャリアと保護シートとの間に加圧された気体が供給され、この保護シートがワークを研磨パッドに押し付ける構成のワーク保持ヘッドにおいて、キャリア下面の外縁と保護シートとの間、又は、キャリアの外側面とリング状部材の内側面との間にはオリフィスが形成されている。このオリフィスの効果により、保護シートがオリフラ部分等のエッジより下方に大きく撓むことがなくなる。その結果、オリフラ部分等での研磨状態がワークの他の部分と略同様の状態となり、オリフラ部分等における研磨状態を均一とすることができる。
【００２３】
請求項５に係る本発明によれば、キャリアと保護シートとの間に加圧された気体が供給され、この保護シートがワークを研磨パッドに押し付ける構成のワーク保持ヘッドにおいて、キャリアに設けられた複数の貫通孔より、加圧された気体が供給される。そして、保護シートのワークの領域に該当する部分には、複数の貫通孔が設けられており、更に、ワーク外周の領域に該当する部分に円周方向に沿って設けられている複数の貫通孔の位置とキャリアに設けられた複数の貫通孔の位置とが略一致している。したがって、キャリアと保護シートとの間に供給される加圧された気体が、この貫通孔よりリークして、保護シートとワークとの隙間を通ってワークの外周部より排出される。特に、ワーク外周の領域に該当する部分に円周方向に沿って設けられている貫通孔は、キャリアに設けられた貫通孔の位置と同一箇所にあるので、ここより排出される気体の流量は多く、この部分の保護シートがオリフラ部分等のエッジより下方に大きく撓むことがなくなる。その結果、オリフラ部分等での研磨状態がワークの他の部分と略同様の状態となり、オリフラ部分等における研磨状態を均一とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付図面に従って本発明に係るワーク保持ヘッド及び該ワーク保持ヘッドを有する研磨装置の好ましい実施の形態について詳説する。先ず、保持ヘッド（ワーク保持ヘッド）を主体として、研磨装置の基本構成について説明し、次いで、各実施の形態について詳説することとする。
【００２５】
図１は、研磨装置１０の全体構成を示す斜視図である。同図に示されるように研磨装置１０は、主として研磨定盤１２と保持ヘッド（ワーク保持ヘッド）１４とで構成されている。
【００２６】
研磨定盤１２は円盤状に形成され、その下面中央には回転軸１６が連結されている。研磨定盤１２は、この回転軸１６に連結されたモータ１８を駆動することにより回転する。また、この研磨定盤１２の上面には研磨パッド２０が貼り付けられており、この研磨パッド２０上に図示しないノズルから研磨剤スラリーが供給される。
【００２７】
ワーク保持ヘッド１４は、 図２に示されるように、主として保持ヘッドの本体（ヘッド本体）２２、キャリア２４、キャリア押圧手段２６、リテーナーリング２８（下リングに相当）、 リテーナーリング押圧手段３０、保護シート５２、エア制御手段等で構成されている。
【００２８】
ヘッド本体２２は円盤状に形成され、その上面中央には回転軸３２が連結されている。ヘッド本体２２は、この回転軸３２に連結された図示しないモータに駆動されて回転する。
【００２９】
キャリア２４は円盤状に形成され、ヘッド本体２２の下部中央に配置されている。キャリア２４の上面中央部には円筒状の凹部３４が形成されている。凹部３４にはヘッド本体２２の軸部３６がピン３８を介して嵌着されている。キャリア２４には、このピン３８を介してヘッド本体２２から回転が伝達される。
【００３０】
また、キャリア２４の上面周縁部にはキャリア押圧部材４０が設けられている。キャリア２４は、このキャリア押圧部材４０を介してキャリア押圧手段２６から押圧力が伝達される。
【００３１】
また、キャリア２４の下面には、保護シート５２にエアを噴射するエア供給経路であるエアの吸引・吹出溝４２が形成されている。この吸引・吹出溝４２には、キャリア２４の内部に形成されたエア流路４４が連通されている。エア流路４４には図示しないエア配管を介して吸気ポンプと給気ポンプが接続されている。吸引・吹出溝４２からのエアの吸引と吹出は、この吸気ポンプと給気ポンプとを切り替えることにより行われる。
【００３２】
上記のエアの吸引・吹出溝４２、エア流路４４、エア配管、吸気ポンプ、給気ポンプ、および、吸気ポンプと給気ポンプとの切り替え手段、等でエア制御手段が構成される。
【００３３】
なお、図２に示される基本構成においては、エアの吸引・吹出溝４２が採用されているが、これに代えて複数の貫通孔とすることによっても、同様に機能が得られる。後述する各実施の形態においては、複数の貫通孔が採用される場合もある。
【００３４】
キャリア押圧手段２６は、 ヘッド本体２２の下面外周部に配置され、 キャリア押圧部材４０に押圧力を与えることにより、これに結合されたキャリア２４に押圧力を伝達する。このキャリア押圧手段２６は、 好ましくはエアの吸排気により膨張収縮するゴムシート製のエアバッグ４６で構成される。エアバッグ４６にはエアを供給するための空気供給機構４８が連結され、この空気供給機構４８には、図示しないポンプから圧送されるエアの圧力を調整するレギュレータ（不図示）が具備される。
【００３５】
リテーナーリング２８は、リング状に形成され、キャリア２４の外周に配置される。このリテーナーリング２８は、ワーク保持ヘッド１４に設けられたリング状部材本体であるホルダ（リテーナーリングホルダ）５０に取り付けられ、その内周部には保護シート５２が張設される。
【００３６】
リング状部材本体であるリテーナーリングホルダ５０はリング状に形成され、図２及び図３に示されるように、その下面には環状の凹部５４が形成されている。一方、リテーナーリング２８の上面には、この凹部５４に嵌合する凸部５６が形成されており、この凸部５６をリテーナーリングホルダ５０の凹部５４に嵌合させることにより、リテーナーリング２８がリテーナーリングホルダ５０に装着される。
【００３７】
リテーナーリングホルダ５０の材質としては、各種金属材料が使用できる。特に研磨剤に対する耐食性、防錆効果等の点より、ステンレス鋼、アルマイト処理したアルミニウム等が好ましく使用できる。
【００３８】
リテーナーリング２８の材質としては、研磨パッド２０により磨耗することを考慮した場合、所定以上の耐磨耗性があり、かつ研磨剤に混入しても不具合を生じさせない材料が好ましく、四フッ化エチレン樹脂等の樹脂材料としては、ＰＥＴ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等が、ポリイミド系樹脂等の樹脂材料としては、ＰＥＥＫ、ベスペル（商品名）等が使用できる。これらのうち、特にＰＥＥＫが好ましく使用できる。
【００３９】
保護シート５２は、円形状に形成され、複数の孔５２Ａが開けられている。この保護シート５２は、周縁部がリテーナーリング２８とリテーナーリングホルダ５０との間で挟持されることにより、リテーナーリング２８の内側に張設される。すなわち、保護シート５２は、薄い円盤状に形成されており、リテーナーリング２８の取り付け時に、その周縁部をリテーナーリング２８の凸部５６とリテーナーリングホルダ５０の凹部５４との間に挟み込むことにより、リテーナーリング２８の内側に張設される。このように張設することにより、保護シート５２は取り付けと同時に外周方向に引っ張られ、全面に皺なく均一に張設される。保護シート５２には、ボルト５８、５８、…が貫通するための複数の孔（図示略）が開けられている。
【００４０】
キャリア２４の吸引・吹出溝４２により噴出されるエアは、キャリア押圧手段２６により付与された押圧力により、キャリア２４と保護シート５２との間にエア層を形成し、いわゆる静圧軸受の原理（エアーベアリングの原理）により、保護シート５２を介してウェーハＷを研磨パッド２０に押し付ける。
【００４１】
保護シート５２は、キャリア２４の吸引・吹出溝４２によるエア層で形成されたエア動圧分布をウェーハＷに伝達するのに十分な可撓性がある弾性部材であり、かつ、ウェーハＷを傷つけず、汚染しない材料であることが求められる。
【００４２】
また、リテーナーリング２８が磨耗した際にも、これに追随して撓み量が変化できるだけの可撓性があり、かつ、研磨時にウェーハＷと接触し摩擦することに対する充分な強度が求められる。
【００４３】
保護シート５２の強度が不足すると、保護シート５２が破損したり、保護シート５２に皺が生じ、正常な研磨作業が困難となる。一方、保護シート５２の強度が大きすぎると、可撓性が不足し、リテーナーリング２８が磨耗した際に、これに追随できなくなる。その結果、リテーナーリング２８の交換頻度が増える。
【００４４】
ところで、ウェーハＷには、ノッチタイプとオリフラタイプとの２種類がある。オリフラタイプの場合、オリフラ部の影響を少なくするには、保護シート５２の硬度は高いことが好ましい。
【００４５】
一方、ノッチタイプの場合、研磨時にウェーハＷとの摩擦に耐え得る充分な強度がある限りにおいて、保護シート５２の硬度は低いことが好ましい。すなわち、保護シート５２の可撓性が大きければ、保護シート５２のリテーナーリング２８への取り付け位置をウェーハＷの上面より充分高くできる。これにより、リテーナーリング２８の磨耗量が大きくても使用可能となり、リテーナーリング２８の交換頻度を減らせる。
【００４６】
保護シート５２の強度を最適にするためには、以下のように処置する必要がある。保護シート５２の硬度を一定とした場合、ウェーハＷの押圧力が高い状態の際には、保護シート５２の厚さを大きくして、保護シート５２の破損、保護シート５２の皺発生に対処し、ウェーハＷの押圧力が低い状態の際には、保護シート５２の厚さを小さくして、リテーナーリング２８が磨耗に追随できるようにする。
【００４７】
一方、保護シート５２の厚さを一定とした場合、ウェーハＷの押圧力が高い状態の際には、保護シート５２の硬度を高くして、保護シート５２の破損、保護シート５２の皺発生に対処し、ウェーハＷの押圧力が低い状態の際には、保護シート５２の硬度を低くして、リテーナーリング２８が磨耗に追随できるようにする。
【００４８】
保護シート５２と研磨パッド２０との関係で考えると、研磨パッド２０が柔らかく、ウェーハＷの押圧力が高い場合には、保護シート５２の硬度を低くし、保護シート５２の厚さを大きくすべきである。ただし、この場合でも、オリフラタイプの場合には、保護シート５２の硬度を高くし、保護シート５２の厚さを小さくして弾力性を確保すべきである。
【００４９】
一方、研磨パッド２０が硬く、ウェーハＷの押圧力が低い場合には、保護シート５２の硬度を低くし、保護シート５２の厚さを小さくすべきである。これにより、ウェーハＷの外周部まで押圧でき、保護シート５２の張りむらも少なく、ウェーハＷのエッジに加わる衝撃力も少ない。ただし、この場合でも、オリフラタイプの場合には、オリフラ部の影響が出にくい硬度の高い保護シート５２を使用すべきである。
【００５０】
このように対処するためには、保護シート５２の硬度を適正な範囲とする必要がある。保護シート５２の硬度が高過ぎると、ウェーハＷの裏面に傷をつける可能性が高くなり、保護シートとしての機能を発揮できない。一方、保護シート５２の硬度が低すぎると、保護シート５２に皺を生じ、研磨量が部分的にバラツキ、正常な研磨作業が困難となる。
【００５１】
保護シート５２の厚さは、 ０．１〜２ｍｍであることが好ましい。保護シート５２の厚さが２ｍｍ超では、ウェーハＷの外周部付近において、保護シート５２の曲率半径が大きくなり、ウェーハＷの外周部を適正な押圧力で研磨できず、正常な研磨作業が困難となる。
【００５２】
一方、保護シート５２の厚さが０．１ｍｍ未満では、保護シート５２の強度を維持するために、保護シート５２の硬度を高くせざるを得ず、その結果、 ウェーハＷの裏面に傷をつける可能性が高くなり、保護シートとしての機能を発揮できない。
【００５３】
特に、ゴム系の材料では、強度が低いため、厚さを大きくして強度を維持することになるが、保護シート５２の厚さが２ｍｍ超では、保護シート５２の曲率半径が大きくなるとともに曲率中心も外側へ移動する。そのため、ウェーハＷの外周部を適正な押圧力で研磨できず、正常な研磨作業が困難となる。
【００５４】
またポリイミド系の材料では、保護シート５２の厚さが０．１ｍｍ未満でも一応研磨作業はできるが、保護シート５２のわずかな傷でも裂けやすく、好ましくない。
【００５５】
通常、ウェーハＷの押圧力は２０〜７０ｋＰａの範囲が採用されている。たとえば、外形が３００ｍｍのウェーハＷを７０ｋＰａの押圧力で研磨する場合、ＪＩＳ−Ａ硬度が９０で厚さが１ｍｍの保護シート５２を使用できる。
【００５６】
保護シート５２の材質としては、ゴム系の材料としては、クロロプレンゴムやニトリルゴム等が、四フッ化エチレン樹脂等の樹脂材料としては、ＰＥＴ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等が、ポリイミド系樹脂等の樹脂材料としては、ＰＥＥＫ、ベスペル（商品名）等が使用できる。
【００５７】
リテーナーリング２８は、その凸部５６をリテーナーリングホルダ５０の凹部５４に嵌合させた後、ボルト５８、５８、…でねじ止めすることにより、リテーナーリングホルダ５０に固定される。このため、リテーナーリング２８には、一定の間隔でねじ穴６０、６０、…が形成され、リテーナーリングホルダ５０には一定の間隔で貫通穴６２、６２、…が形成されている。
【００５８】
また、リテーナーリング２８に形成された凸部５６と、リテーナーリングホルダ５０に形成された凹部５４は、それぞれ内周側の壁面５４Ａ、５６Ａがテーパ状に形成されており（テーパ部分を有し）、これにより嵌合作業が容易にできるようにされている。
【００５９】
図２に示されるように、保護シート５２が張設されたキャリア２４の下部には、キャリア２４と保護シート５２との間にエア層が形成される。ウェーハＷは、このエア溜り部７４を介してキャリア２４に押圧される。このエア溜り部７４は、キャリア２４の吸引・吹出溝４２からエアを吹出すことにより内圧が高められる。また、保護シート５２に形成された孔５２Ａは、ウェーハＷを保持して搬送する際には吸着用の孔として作用し、研磨時には、 エアの噴き出し用の孔として作用する。
【００６０】
リテーナーリングホルダ５０は、リング状に形成された取付部材６４にスナップリング６６を介して取り付けられている。スナップリング６６は、リング状に形成され、その内周部には図３に示されるように、溝６６Ａが形成されている。このスナップリング６６には切割りが形成されており、これにより拡縮可能に形成されている。リテーナーリングホルダ５０と取付部材６４は、その上端部外周と下端部外周に形成された外周フランジ部５０Ａ、６４Ａをスナップリング６６に形成された溝６６Ａに嵌合させることにより、互いに一体化されて固定される。
【００６１】
また、リテーナーリングホルダ５０の内周部には内周フランジ部５０Ｂが形成されており、この内周フランジ部５０Ｂにキャリア２４の外周部に形成されたフランジ部２４Ａが緩挿されている。これにより、キャリア２４と保護シート５２との間にエア層が形成される。
【００６２】
取付部材６４には、図２のリテーナーリング押圧部材６８が連結されている。リテーナーリング２８は、このリテーナーリング押圧部材６８を介してリテーナーリング押圧手段３０からの押圧力が伝達される。
【００６３】
リテーナーリング押圧手段３０は、ヘッド本体２２の下面の中央部周縁に配置され、 リテーナーリング押圧部材６８に押圧力を与えることにより、 これに結合しているリテーナーリング２８を研磨パッド２０に押し付ける。 このリテーナーリング押圧手段３０も、好ましくはキャリア押圧手段２６と同様にゴムシート製のエアバッグ７０で構成される。エアバッグ７０にはエアを供給するための空気供給機構７２が連結され、この空気供給機構７２には、図示しないポンプから圧送されるエアの圧力を調整するレギュレータ（不図示）が具備される。
【００６４】
前記のごとく構成された研磨装置１０の研磨方法は次のとおりである。先ず、ウェーハＷをウェーハ保持ヘッド１４で保持して研磨パッド２０上に載置する。この際、キャリア２４の下面に形成された吸引・吹出溝４２を用いウェーハＷを吸引保持する。この吸引のため、保護シート５２には複数の孔５２Ａが形成されている（図３参照）。この孔５２Ａを介してウェーハＷを吸引保持する。
【００６５】
次に、図示しないポンプからエアバック４６、７０にエアを供給する。これと同時にキャリア２４の吸引・吹出溝４２からエアを吹出する。これにより、エア溜り部７４の内圧が高くなるとともにエアバッグ４６、７０が膨らみ、ウェーハＷとリテーナーリング２８が所定の圧力で研磨パッド２０に押し付けられる。この状態で研磨定盤１２を図１のＡ方向に回転させるとともに、ウェーハ保持ヘッド１４を図１のＢ方向に回転させる。そして、その回転する研磨パッド２０上に図示しないノズルからスラリを供給する。これにより、ウェーハＷの下面が研磨パッド２０により研磨される。
【００６６】
なお、保護シート５２には複数の孔５２Ａが形成されているため（図３参照）、エア溜り部７４に供給されたエアは、この孔５２Ａから保護シート５２を介してウェーハＷの裏面を押圧する。エア層の中に存在する保護シート５２とウェーハＷの裏面との間には、直接の押圧力は働かない。したがって、保護シート５２の厚さムラがウェーハＷの加工精度には影響されない。
【００６７】
以上が、保持ヘッド（ワーク保持ヘッド）１４を主体とした、研磨装置１０の基本構成及びその運転方法（研磨方法）の説明である。次に、本発明の各実施の形態について詳説する。
【００６８】
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図４は、この実施形態を説明する図であり、保護シート５２の挟持部の構成を示す断面図である。同図は、ほとんどの構成が既述の図３と一致する。また各構成要素の番号も図３と同一であることより、詳細な説明は省略する。
【００６９】
本実施形態は、保護シート５２の上面のワーク（ウェーハＷ）外周の領域に該当する部分に、円環状の補強部材８０が設けられているワーク保持ヘッド１４である。この実施形態によれば、保護シート５２の上面のウェーハＷの外周の領域に該当する部分に、補強部材８０が設けられているので、この部分の保護シート５２の剛性が増し、オリフラ部分等での保護シート５２の撓みが抑制される。その結果、オリフラ部分等での研磨状態がウェーハＷの他の部分と略同様の状態となり、オリフラ部分等における研磨状態を均一とすることができる。
【００７０】
すなわち、保護シート５２の全面の剛性を高くした場合、既述のように、エッジ部分の形状を適正にし難く、また、ウェーハＷの面内の研磨状態の均一性を適正に制御することが困難である。これに対し、本実施形態のように、オリフラ部分等に対応する、ウェーハＷの外周の領域に該当する部分にのみ補強部材８０が設けられているので、保護シート５２のこの部分のみ剛性を高くし、保護シート５２の他の部分は従前のままとできる。
【００７１】
本実施形態に使用される補強部材８０のサイズ（内径、外形、厚さ）、補強部材８０の材質、補強部材８０の保護シート５２への固定方法等は、ウェーハＷのサイズ（外形、厚さ）、ウェーハＷの材質、研磨速度（定盤の回転数）、研磨圧力等に応じて、適宜のもの、値等が選択できる。
【００７２】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。既述の図３は、この実施形態をも説明する図であり、保護シート５２の挟持部の構成を示す断面図である。
【００７３】
本実施形態は、キャリア２４下面の外縁と保護シート５２との間、又は、キャリア２４の外側面とリング状部材（リテーナーリングホルダ５０）の内側面との間にオリフィスを形成するワーク保持ヘッド１４である。この実施形態によれば、オリフィス（図３では、８２）が形成されているので、これにより保護シート５２がオリフラ部分等のエッジより下方に大きく撓むことがなくなる。その結果、オリフラ部分等での研磨状態がワークの他の部分と略同様の状態となり、オリフラ部分等における研磨状態を均一とすることができる。
【００７４】
以下、この詳細を図５により説明する。図５は、第２の実施形態を説明する概略断面図であり、（ａ）は、保護シート５２とウェーハＷの通常のエッジとの関係を示し（ｂ）は、保護シート５２とウェーハＷのオリフラＯ部分のエッジとの関係を示す。オリフィス８４の上流と下流との間には圧力差が存在するが、同図（ｂ）に示されるように、オリフラＯ部分では、保護シート５２が  同図（ａ）のものよりも大きく撓むが、オリフィス８４の開口部が広がり、その結果、オリフラＯ部分における過度な加圧が避けられる。なお、図５における各矢印はエアの流れを示す。
【００７５】
なお、図３のオリフィス８２は、キャリア２４の外側面とリテーナーリングホルダ５０の内側面との間に形成され、図５のオリフィス８４は、キャリア２４の下面の外縁と保護シート５２との間に形成されている。
【００７６】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図６及び図７は、この実施形態を説明する図であり、図６は、ウェーハＷを保持した保持ヘッド（ワーク保持ヘッド）１４の底面図であり、図７は、第３の実施形態を説明する概略断面図である。図７における各矢印はエアの流れを示す。
【００７７】
本実施形態は、保護シート５２のワーク外周の領域に該当する部分に、円周方向に沿って複数の貫通孔５２Ａ、５２Ａ…が設けられているワーク保持ヘッド１４である。この実施形態によれば、キャリア２４と保護シート５２との間に供給される加圧された気体が、この貫通孔５２Ａ、５２Ａ…よりリークする。この貫通孔５２Ａ、５２Ａ…がオリフラＯ部分等においてワーク（ウェーハＷ）に塞がれていない状態であれば、加圧された気体はこの貫通孔５２Ａ、５２Ａ…よりリークし、これにより保護シート５２がオリフラＯ部分等のエッジより下方に大きく撓むことがなくなる。その結果、オリフラＯ部分等での研磨状態がワークの他の部分と略同様の状態となり、オリフラＯ部分等における研磨状態を均一とすることができる。
【００７８】
なお、本実施形態は、本発明の第２の実施形態と組み合わせて適用すると相乗効果が得られ、好ましいが、本実施形態を単独で適用しても効果は十分に得られる。
【００７９】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図８は、この実施形態を説明する概略断面図である。同図における各矢印はエアの流れを示す。
【００８０】
本実施形態は、保護シート５２の貫通孔５２Ａの位置とキャリア２４の貫通孔８６の位置とが略一致しているワーク保持ヘッド１４である。この実施形態によれば、キャリア２４と保護シート５２との間に供給された気体の一部は、保護シート５２の貫通孔５２Ａよりワーク（ウェーハＷ）の裏面と保護シート５２との隙間を通ってワークの外周部より排出される。この気体の流れにより、保護シート５２がオリフラＯ部分等のエッジより下方に大きく撓むことがなくなる。特に、保護シート５２の貫通孔５２Ａの位置とキャリア２４の貫通孔８６の位置とが略一致しているので、この効果が顕著となる。その結果、オリフラＯ部分等での研磨状態がワークの他の部分と略同様の状態となり、オリフラＯ部分等における研磨状態を均一とすることができる。
【００８１】
なお、キャリア２４に貫通孔８６が複数設けられる場合、特に、貫通孔８６がワークの略全面を網羅するように設けられる場合、保護シート５２の貫通孔５２Ａの位置と略一致している貫通孔８６は、ワーク外周の領域に該当する部分に設けられていれば、本実施形態の効果が得られる。
【００８２】
以上に説明した構成は、本発明の実施態様の例であるが、本発明の構成はこれらに限定されるものではなく、各種の構成が採り得る。
【００８３】
たとえば、実施形態の例では、保護シート５２を挟持したリテーナーリング２８とリテーナーリングホルダ５０とをボルト５８で固定しているが、接着剤で接着して固定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】研磨装置の全体構造を示す斜視図
【図２】ワーク保持ヘッドの構成を示す縦断面図
【図３】保護シートの挟持部の構成を示す断面図
【図４】第１の実施形態を示す断面図
【図５】第２の実施形態を説明する概略断面図
【図６】ワークを保持したワーク保持ヘッドの底面図
【図７】第３の実施形態を説明する概略断面図
【図８】第４の実施形態を説明する概略断面図
【図９】従来のウェーハ保持ヘッドの構成を示す縦断面図
【図１０】従来のウェーハ保持ヘッドの構成を示す縦断面図
【図１１】ウェーハのオリフラ部分の研磨レートを示す概念図
【図１２】ウェーハのオリフラ部分の研磨レートを示す概念図
【符号の説明】
【００８５】
１０…研磨装置、１２…研磨定盤、１４…ワーク保持ヘッド、２０…研磨パッド、２４…キャリア、２８…リテーナーリング（下リング）、４２…吸引・吹出溝、４４…エア流路、４６…エアバッグ、４８…空気供給機構、５０…リテーナーリングホルダ（リング状部材本体）、５２…保護シート、７２…空気供給機構、７４…エア溜り部、Ｗ…ウェーハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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